Renovables fiables

En principio, una red eléctrica es un juego de suma cero: cualquier energía eléctrica que se alimente debe ser consumida en el mismo momento, ni más ni menos. Sounds simple enough in theory, but is often quite different in practice. El creciente número de sistemas fotovoltaicos y eólicos presenta a los operadores de la red enormes desafíos. Después de todo, los consumidores apenas basan su comportamiento en si el sol brilla o el viento sopla. WSTECH, con sede en la ciudad de Flensburg, en el norte de Alemania, ha demostrado que estos desafíos pueden ser superados con POWERLINK.

Al generar energía renovable, es importante cumplir con los requisitos legales de la directiva de media tensión de Alemania. Esto se aplica a mucho más que simplemente alimentarlo con el voltaje y la frecuencia adecuados. Los sistemas de alimentación también deben cumplir especificaciones detalladas con respecto a la presencia de armónicos perturbadores y también deben poder desempeñar un papel activo en la estabilización estática y dinámica de la red. Todas estas tareas recaen en los inversores que forman el corazón del sistema de alimentación. Procesan el voltaje DC proveniente de las células fotovoltaicas o el voltaje AC proveniente de los generadores eólicos con frecuencia variable y luego lo alimentan en la red de suministro según sea necesario.

Desde la fundación de la empresa en 2001, los aproximadamente 100 empleados de WSTECH, con sede en la ciudad de Flensburg, en el norte de Alemania, han adquirido amplios conocimientos técnicos. Su experiencia incluye el desarrollo y la producción de conjuntos de controladores en los que los inversores se controlan con un patrón de pulsos a través de sus módulos IGBT. "Este montaje representa nuestra principal competencia y se utiliza en todo tipo de dispositivos", dice el jefe del equipo de I+D, Mark Ahmling. "Con sus rápidos y precisos lazos de control, asegura que la corriente llegue a la red en forma sinusoidal y libre de armónicos." Para realizar el truco que utilizan para lograrlo, los desarrolladores de WSTECH necesitan un bus de campo de alto rendimiento que esté virtualmente libre de fluctuaciones.

Al desplazar varios módulos de potencia exactamente 180 grados, las armónicas de 10 kilohercios se anulan entre sí en lugar de tener que ser filtradas después. "Este truco no sólo nos permite reducir la cantidad de tecnología de filtrado necesaria, sino que también aumenta significativamente la fiabilidad operacional", subraya Ahmling. Sin embargo, sólo funciona si todos los módulos involucrados operan y se comunican sincrónicamente dentro de una tolerancia de ±2 µs.

En su búsqueda de un sistema de autobús adecuado, el equipo de Ahmling descubrió la tecnología de B&R y, en particular, POWERLINK. La elección recayó en un controlador primario de la serie X20 de B&R, conectado a controladores secundarios, placas de medición y otros componentes a través de POWERLINK. La señal de SoC virtualmente libre de fluctuaciones (= sistema de un solo chip) de POWERLINK ahora mantiene todos los componentes sincronizados con precisión y por lo tanto es la clave del éxito. Otro factor que distingue a este autobús de sus competidores es la gran cantidad de datos que se pueden intercambiar en tiempo real.

El uso del controlador X20 tiene otras ventajas para WSTECH también. "El sistema operativo Automation Runtime basado en VxWorks nos hace independientes de Microsoft y reduce el riesgo de malware", explica el desarrollador. "Al mismo tiempo, siempre que estamos mirando las interfaces, la apertura es un criterio clave." Esto es necesario para poder comunicarse con otros sistemas en los que el protocolo Modbus sigue siendo el estándar. El mantenimiento a distancia también es importante para Ahmling, ya que los sistemas WSTECH se exportan a todo el mundo. Esto se logra en el entorno de ingeniería del Automation Studio de B&R usando la herramienta integrada Visual Components 4 y el servidor VNC. Esto permite a los técnicos de servicio conectarse a cualquier sistema del mundo, analizar su condición en línea e intervenir si es necesario.

La generación de energía renovable da lugar a un número creciente de puntos de alimentación descentralizados. Sin embargo, a medida que este número aumenta, también lo hacen los requisitos para la estabilidad de la red. Para asegurar esto, los componentes involucrados deben reaccionar cada vez más rápido para controlar los comandos de los sistemas de gestión de la red y regularlos de manera cada vez más precisa.

"Especialmente en el sector de la energía eólica, los ciclos de comunicación de 10 a 40 milisegundos ya son estándar hoy en día y seguramente serán aún más cortos en el futuro. Así que es ciertamente bueno estar preparado para ello hoy", dice Ahmling. Y el concepto de sistema implementado por WSTECH hace precisamente eso. También abre nuevas aplicaciones para los inversores WSTECH, como el almacenamiento de baterías que permite que el exceso de energía sea absorbido dinámicamente y liberado a demanda. Un ejemplo es la planta de almacenamiento de baterías de iones de litio en Jardelund, en el estado alemán de Schleswig-Holstein, que tiene una potencia de 48 megavatios y una capacidad de almacenamiento de 50 megavatios hora. Esto permite que los flujos de energía se almacenen o se introduzcan en la red en fracciones de segundo, un factor crucial para asegurar una alta estabilidad de la red.

La comunicación entre plantas de alto nivel requiere una red informática estandarizada, capaz de funcionar en tiempo real y, sobre todo, segura. Con la disponibilidad de OPC UA y Ethernet en tiempo real basada en el estándar de redes sensibles al tiempo (TSN), el sistema B&R soporta perfectamente estos requisitos.